2010—2018 年陜西省LUCC 動態(tài)變化分析

蘇明偉，張偉峰，杜 鵑，李明潔，段 煉，梁永康

（1.寶雞文理學院，a.地理與環(huán)境學院；b.經(jīng)濟管理學院，陜西 寶雞 721013；2.武漢科技大學理學院，武漢 430065）

土地利用/土地覆蓋變化（LUCC）與人類生產(chǎn)生活有著緊密聯(lián)系，影響自然生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，也是國際地圈生物圈計劃（IGBP）和國際全球變化人文因素計劃（IHDP）兩大國際項目合作進行的綱領(lǐng)性交叉科學研究課題，同樣是當前可持續(xù)發(fā)展與全球變化研究的熱點內(nèi)容之一，對全球氣候變化和全球環(huán)境變化起到至關(guān)重要的作用。1992 年聯(lián)合國“21 世紀議程”明確提出將加強土地利用變化研究作為21 世紀重點科研工作，標志著國際上對土地利用變化研究的開始［1］。國內(nèi)學者對土地利用的研究日漸增多，張曉寧等［2］構(gòu)建了土地利用自然生態(tài)位模型，將模型與景觀格局結(jié)合進行深入探討。馮彥博［3］研究了“十二五”期間陜西省土地利用類型轉(zhuǎn)移情況，并分析了土地利用變化驅(qū)動力。賈菊桃等［4］從時空分布的角度分析了西北地區(qū)土地利用變化情況，發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化。劉瑤等［5］分析了不同土地利用類型對水環(huán)境的影響，發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)非點源污染是研究區(qū)水環(huán)境非點源污染的主要污染來源，還有其他學者也對不同土地利用類型下水環(huán)境、大氣環(huán)境的影響做了相關(guān)研究［6-9］。張琳等［10］、何格等［11］研究了稀缺土地資源與區(qū)域經(jīng)濟增長的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展速度較快地區(qū)的城市土地資源稀缺度與經(jīng)濟增長更符合庫茲涅茨曲線。劉忠等［12］將土地利用和人口密度結(jié)合分析糧食產(chǎn)量的空間分布規(guī)律。武力超等［13］在城市化和經(jīng)濟迅速發(fā)展背景下，分析了30 年時間尺度土地資源結(jié)構(gòu)變化情況以及耕地轉(zhuǎn)化情況。

隨著中國西北地區(qū)經(jīng)濟和工業(yè)化發(fā)展迅猛，對土地需求日益激增，但西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，不同土地類型的使用和分布都對環(huán)境有著不同程度的影響［14］。陜西省地形占比最多的是黃土高原，占全省土地面積的40%，決定了陜西省土地利用的脆弱，加之近年來秦嶺生態(tài)環(huán)境破壞嚴重，主要表現(xiàn)在土地的不合理配置，土地資源濫用現(xiàn)象明顯?；谝陨?，本研究分析了陜西省2010—2018 年LUCC 動態(tài)變化情況，定量化闡明近9 年陜西省土地資源結(jié)構(gòu)變化，針對不同地形的土地資源使用給出合理化建議，旨在為陜西省合理規(guī)劃土地資源配置、實現(xiàn)土地資源可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

陜西省位于黃河中游，南部兼跨長江支流漢江流域和嘉陵江上游的秦巴山區(qū)，是西北較為發(fā)達的地區(qū)。省內(nèi)鐵路和高速公路運輸通暢，北部是黃土高原，中部是關(guān)中平原，占比最多的是黃土高原，南部是秦巴山區(qū)，是西北典型的水土流失嚴重地區(qū)。持續(xù)的工業(yè)和城鎮(zhèn)人口擴張導致優(yōu)質(zhì)耕地減少和其他用地低效使用，工業(yè)企業(yè)的增加加劇了農(nóng)村人口遷移，農(nóng)村閑置耕地增加，城市用地緊張，環(huán)境壓力加大，城鎮(zhèn)化和土地利用變化帶來一系列環(huán)境和社會生態(tài)問題，影響可持續(xù)發(fā)展。對陜西省2010—2018 年的LUCC 動態(tài)變化進行分析，有利于政府對合理利用土地進行正確決策，為適時調(diào)整土地政策提供科學依據(jù)，使生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展［15，16］。

2 數(shù)據(jù)來源與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于2010—2018 年陜西省統(tǒng)計年鑒自然資源部分。根據(jù)統(tǒng)計年鑒分類，將陜西省土地類型分為耕地、園地、林地、草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運輸用地、水域及水利建設(shè)用地和未利用土地共8 個一級利用類別，對8 個類別進行土地利用動態(tài)度和土地利用程度分析，得出研究年限間土地利用狀況。

2.2 研究方法

為全面反映陜西省LUCC 動態(tài)變化情況，利用數(shù)學統(tǒng)計分析與定量分析相結(jié)合的方法，采用土地利用動態(tài)度模型、土地利用變化幅度、單一和綜合土地利用動態(tài)度、土地利用程度綜合指數(shù)、土地利用結(jié)構(gòu)多樣性指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)、均勻度指數(shù)模型定量分析陜西省2010—2018 年土地利用動態(tài)變化，具體參照王秀蘭等［17］構(gòu)建的土地利用動態(tài)度模型，具體各指數(shù)計算公式及含義見表1［17-23］。

3 結(jié)果與分析

3.1 各類土地利用變化幅度分析

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)土地利用數(shù)據(jù)計算出2010—2018 年各土地利用類型的變化面積，詳見表2。由表2 可以看出，2010—2018 年陜西省耕地面積減少，2018 年與2010 年相比共減少6.71 萬hm2，由于2018年總土地面積有所增加，所以變化率沒有明顯的降低，但單從耕地面積來看是減少的，以平均每年0.84 萬hm2速率遞減，耕地面積銳減明顯。響應國家相關(guān)政策和土地復墾以及生態(tài)修復等措施的出臺，未利用土地面積減少明顯，8 年間減少了66.22萬hm2，林地面積則增加明顯，共增加了81.28 萬hm2，以每年10.16 萬hm2的速率增加，說明國家對土地利用政策逐漸完善，對公共資源的使用日趨合理，林地面積的增加對可持續(xù)發(fā)展政策的實施有很大的正面效應。從其他數(shù)據(jù)來看，由于城鎮(zhèn)化進程加快、城鎮(zhèn)人口增加和就業(yè)壓力等社會和經(jīng)濟因素，城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運輸用地和水域及水利建設(shè)用地均有不同幅度的增加，側(cè)面表明陜西省經(jīng)濟社會水平有明顯上升趨勢。草地面積相對有所減少，這也和其他土地面積增加有直接關(guān)系，也由于氣候和其他自然因素，使得2010—2018 年草地面積有所減少。

從表2 可以得出，2010—2018 年陜西省土地利用結(jié)構(gòu)有以下主要特征：①主要的土地利用類型沒有發(fā)生改變，受社會經(jīng)濟因素影響較大，以農(nóng)業(yè)用地為主的用地結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生較大改變，但減少的未利用土地主要轉(zhuǎn)向林地、園地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運輸用地和水域及水利建設(shè)用地；②2010—2018年，林地和園地面積增加明顯，說明陜西省生態(tài)環(huán)境得到有力改善，促進了人與自然的和諧相處；③對較為脆弱的西北地區(qū)，陜西省林地有絕對的優(yōu)勢，但由于自然條件限制，對可開發(fā)土地有較大挑戰(zhàn)，如何在未來適當開發(fā)安全的可利用土地是值得思考的問題［7，18］。

表1 土地利用指數(shù)及計算方法

表2 2010—2018 年陜西省土地利用變化幅度

3.2 土地利用變化情況

計算陜西省單一土地利用類型動態(tài)度，其中負值為面積減少的土地利用類型，正值為面積增大的土地利用類型［24，25］，結(jié)果顯示，園地、林地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運輸用地和水域及水利建設(shè)用地均為 正 值，分 別 為1.95%/年、0.98%/年、1.98%/年、37.05%/年和83.59%/年，表示其面積明顯增加，認為其受社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護影響較大。隨著經(jīng)濟發(fā)展，交通運輸用地和水域水利建設(shè)用地面積增加是大勢所趨，由于持續(xù)的生態(tài)環(huán)境保護工作，園地、林地面積也有所增加，表明生態(tài)環(huán)境在土地面積上有所改善。耕地、草地和未利用土地動態(tài)度為負值，分別為-0.21%、-0.79%和-8.30%，表示其面積在減少，以未利用土地面積減少最為明顯。林地由于基數(shù)大，年變化率較低，除林地和耕地外，其他土地類型動態(tài)度變化明顯，表明人類活動對這幾類土地的利用程度加大，由此轉(zhuǎn)移未利用土地面積。

2010—2018 年，陜西省綜合土地利用動態(tài)度較低，為0.76%，土地利用變化較為緩慢，由于陜西省位于西北內(nèi)陸，發(fā)展速度相對較慢，從單一土地利用動態(tài)度也可以看出，土地利用的變化面積主要集中在交通運輸用地和水域及水利建設(shè)用地，而其他類型土地利用變化不明顯。

3.3 土地利用程度變化

土地利用程度能夠定量表現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)土地利用開發(fā)程度［18］，反映人類因素與自然環(huán)境因素的綜合效應，對了解當前陜西省土地利用開發(fā)程度提供科學依據(jù)。將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會因素影響下的自然平衡狀態(tài)分為4 級，并賦予分級指數(shù)［19］，如表3 所示。運用土地利用程度指數(shù)的表達式定量表現(xiàn)出土地利用程度的變化。

表3 土地利用程度的分級賦值

經(jīng)計算得出陜西省土地利用程度指數(shù)為226.57（2010 年）和232.25（2018 年），依據(jù)土地利用程度指數(shù)極限為400［11，13］，說明陜西省對土地資源的開發(fā)力度較大，受人類活動影響較大，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，這就要求陜西省在可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上開發(fā)土地，并采取必要的保護措施，以防止自然災害的發(fā)生。

2010—2018 年，陜西省土地利用程度變化量為5.68，土地利用程度變化率為2.51%，二者均大于0，表明近9 年間陜西省土地利用狀況一直處于發(fā)展時期。

3.4 土地利用的空間格局分析

由表4 可以看出，2010—2018 年陜西省土地利用空間格局的Gibbs-Mirtin 多樣化指數(shù)、Shannon’s多樣性指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)基本保持不變，而均勻度指數(shù)明顯下降。其中，Gibbs-Mirtin 多樣化指數(shù)、Shannon’s 多樣性指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)分別變化了-0.020、-0.003、0.003；而均勻度指數(shù)從2010 年的52.170 下降到2018 年的49.700，表明陜西省8 年間土地利用類別的均勻程度在下降，主要表現(xiàn)在林地、草地、水域及水利建設(shè)用地和未利用土地占比變化較大。

表4 2010—2018 陜西省土地利用空間格局指數(shù)

4 討論

陜西省在2010 年3 月26 日通過結(jié)合本省制定的《中華人民共和國土地管理法》（以下簡稱《辦法》，并按《辦法》嚴格實施各類土地保護政策?！掇k法》中明確劃定基本農(nóng)田保護區(qū)，編制土地開發(fā)整理和退耕還林還草專項計劃時必須符合土地利用總體規(guī)劃［26］。從本研究結(jié)論可看出，《辦法》實施的近9 年間起到了實質(zhì)性作用，土地資源使用較為合理，不同土地利用類型的面積變化較小，生態(tài)型的林地、園地面積有增加趨勢。但由于經(jīng)濟發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程加快，城鎮(zhèn)及工礦用地、交通運輸用地、水域及水利建設(shè)用地面積均呈不同程度的增加趨勢，這與《2006—2020 年陜西省土地利用總體規(guī)劃》中保障基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進城鎮(zhèn)化進程相符［27］。《規(guī)劃》中指出耕地、園地、林地在2010 年要分別完成399 萬、72 萬、1 044 萬hm2的指標，園地在2010 年僅為71 萬hm2，并未完成指標，但在2018 年就已完成了2020 年77 萬hm2的面積調(diào)整，表明在接近《規(guī)劃》結(jié)束時期各土地利用類型面積調(diào)整情況較好。

研究時段內(nèi)交通運輸用地和水域及水利建設(shè)用地數(shù)量變化情況明顯，單一土地利用類型動態(tài)度指數(shù)分別達37.05%、83.59%。改革開放40 年來陜西省重大水域水利建設(shè)工程30 項，一批交通運輸重點項目相繼完成，關(guān)中城市群公交化建設(shè)、對商品糧集散地等經(jīng)濟干線的完善，以及西咸一體化、寶雞市區(qū)面積擴建，導致相應土地資源使用面積增加［28］。同時，土地利用轉(zhuǎn)換向交通運輸和水域水利建設(shè)傾斜，導致近9 年間土地利用類別均勻度下降。依據(jù)分級后的土地類型計算土地利用程度指數(shù)，結(jié)果表明研究年限內(nèi)陜西省土地利用受人類活動影響較大，同時受工業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展影響，產(chǎn)生一定程度的工業(yè)產(chǎn)業(yè)聚集，導致工業(yè)用地增加。

陜西省分為三大地形區(qū)，即陜北黃土高原、關(guān)中平原地區(qū)、陜南秦巴山區(qū)。尤以陜北生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失嚴重，土壤肥力低，受交通條件限制，經(jīng)濟發(fā)展較為落后，因此在陜北地區(qū)應加大水土保持力度，嚴格管理土地資源的使用，重點做好防沙固土工作，切實保護好農(nóng)業(yè)用地。在關(guān)中地區(qū)，地形以平原為主，作為陜西省主要的農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)，應優(yōu)化土地資源結(jié)構(gòu)，保證農(nóng)業(yè)用地面積，合理配置土地資源，在保證土地可持續(xù)發(fā)展前提下統(tǒng)籌城鄉(xiāng)建設(shè)。陜南以山區(qū)為主要地形，是陜西省森林覆蓋面積最多的地區(qū)，在此地區(qū)應守好生態(tài)紅線，保護好生態(tài)資源，以保護為主要責任前提下合理開發(fā)土地和自然資源，并做好自然災害防控工作，安全合理改善土地生態(tài)。因此，為了更有效地實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，實現(xiàn)自然生態(tài)資源的可持續(xù)利用，要科學合理規(guī)劃不同土地利用類型使用比例，使土地利用效率最大化，遵循人與自然的和諧發(fā)展［29］。

本研究通過數(shù)學統(tǒng)計分析與定量分析相結(jié)合的方法分析陜西省2010—2018 年的土地利用動態(tài)變化，對該時期土地利用結(jié)果的原因進行了較深入討論，并結(jié)合本研究的結(jié)果對今后土地資源管理方向給出相應建議，有利于政府部門對土地資源的科學管理和配置。土地資源的合理配置和可持續(xù)發(fā)展是一個艱難探索的過程，受到社會經(jīng)濟、人口發(fā)展、自然災害等眾多復雜因素影響，本研究時間尺度相對較短，研究內(nèi)容較為單一，沒有進行數(shù)據(jù)可視化，在今后的研究中，可對土地利用變化的內(nèi)在原因進行深層次剖析，從不同角度分析土地資源變化情況及原因，并加入數(shù)據(jù)可視化，使研究結(jié)果更直觀。

5 結(jié)論

本研究從各類土地利用類型變化幅度、土地利用變化情況、土地利用程度變化和土地利用空間格局4 個方面分析了陜西省2010—2018 年的土地利用動態(tài)變化，并分析了該時期陜西省各土地利用類型的轉(zhuǎn)換情況，得出以下結(jié)論。

1）2010—2018 年陜西省土地利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，陜西省不同土地類型利用程度變化明顯，其中耕地、草地和未利用土地減少較明顯，而城鎮(zhèn)村及工礦用地、林地、交通運輸用地和水域及水利建設(shè)用地面積增加明顯，表現(xiàn)出未利用土地向其他土地類型轉(zhuǎn)變的趨勢。

2）從陜西省土地利用變化情況來看，土地利用動態(tài)度為0.76%，表明土地利用程度不高。

3）2010 年和2018 年土地利用程度指數(shù)分別為226.57 和232.25，依據(jù)土地利用程度指數(shù)極限為400，陜西省數(shù)值大于200，表明近9 年陜西省土地利用受人為因素影響較大，對土地資源開發(fā)程度較大；2010—2018 年，陜西省土地利用程度變化量為5.68，土地利用程度變化率為2.51%，二者均大于0，表明2010—2018 年陜西省土地利用狀況一直處于發(fā)展時期。

4）2010—2018 年陜西省土地利用Gibbs-Mirtin多樣化指數(shù)、Shannon’s多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均有所下降，而優(yōu)勢度指數(shù)有所上升，表明陜西省近9年土地資源受人類影響較大，土地利用類型多樣化。